一種在石墨工件表面沉積金屬擴(kuò)散層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及防熱材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在石墨工件表面沉積金屬擴(kuò)散層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，防熱材料是國防、航空航天領(lǐng)域重要的工程材料，對其在高壓、高溫或高速沖刷條件下所發(fā)揮的作用有以下要求:一是絕熱效果好，進(jìn)而保護(hù)其他工件所處環(huán)境溫度適宜；二是維持氣動外形，保證其氣動力學(xué)關(guān)系不變。為了提高飛行器的效率和精度，急需提高防熱材料的服役溫度和降低尺寸燒蝕率，而石墨工件滲金屬防熱材料正是在這種背景需求下而創(chuàng)造出的一種防熱材料，它以石墨工件為基體，在石墨工件表面滲入輕金屬如Ti來實(shí)現(xiàn)隔熱的目的。
[0003]但現(xiàn)有技術(shù)中缺乏有效的在石墨工件表面滲金屬的工藝方法，從而影響了該新型防熱材料的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種在石墨工件表面沉積金屬擴(kuò)散層的方法，使金屬擴(kuò)散層與石墨工件結(jié)合牢固，不易磨損脫落，同時(shí)還具有輕金屬良好的機(jī)械性能和電學(xué)性能。
[0005]—種在石墨工件表面沉積金屬擴(kuò)散層的方法，所述方法包括:
[0006]將待沉積石墨工件和欲滲金屬并排放置于空心陰極罩體內(nèi)，構(gòu)成等電位輝光放電陰極；
[0007]將所述空心陰極罩體放置于直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體中；
[0008]在真空室內(nèi)，惰性氣體氬氣在外加高壓的作用下發(fā)生電離，轟擊到所述欲滲金屬上，使欲滲金屬元素從表面被濺射出來；
[0009]所述欲滲金屬元素通過空間運(yùn)輸達(dá)到所述待沉積石墨工件的表面并被吸附，在所述待沉積石墨工件的表面沉積一層金屬擴(kuò)散層。
[0010]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，該方法可以使金屬擴(kuò)散層與石墨工件結(jié)合牢固，不易磨損脫落，同時(shí)還具有輕金屬良好的機(jī)械性能和電學(xué)性能。
【附圖說明】
[0011]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供在石墨工件表面沉積金屬擴(kuò)散層的方法流程示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明所舉實(shí)例所用到的發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為本實(shí)例I中待沉積石墨工件表面的純鈦金屬擴(kuò)散層的XRD物相檢測示意圖；
[0015]圖4為本實(shí)例2中待沉積石墨工件表面的鎢鉬合金擴(kuò)散層的XRD物相檢測示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例所提供在石墨工件表面沉積金屬擴(kuò)散層的方法流程示意圖，所述方法包括:
[0018]步驟11:將待沉積石墨工件和欲滲金屬并排放置于空心陰極罩體內(nèi)，構(gòu)成等電位輝光放電陰極；
[0019]在該步驟中，所述待沉積石墨工件與所述欲滲金屬之間的距離為5?10mm。其石墨工件為高強(qiáng)度、高純度、高密度的石墨板切割而成。
[0020]這里欲滲金屬可以包括:金屬純鈦或鎢鉬合金。
[0021]步驟12:將所述空心陰極罩體放置于直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體中；
[0022]在該步驟中，空心陰極罩體為不銹鋼材質(zhì)或石墨材質(zhì)，并放置于金屬不銹鋼或石墨材質(zhì)的底板上，且所述底板置于直流脈沖滲金屬設(shè)備的陰極架上；
[0023]所述直流脈沖滲金屬設(shè)備的陰極架與直流脈沖電源的負(fù)極連接，且所述直流脈沖電源的正極與所述直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體連接并接地。
[0024]另外，在具體實(shí)現(xiàn)中，在所述空心陰極罩體的一側(cè)還開有圓孔，所述直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體側(cè)壁對應(yīng)所述圓孔的部位設(shè)有透明窗，正對所述透明窗的部位設(shè)有紅外測溫儀；
[0025]利用所述紅外測溫儀對所述欲滲金屬進(jìn)行測溫。
[0026]在上述直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體下壁還可設(shè)有出氣口和進(jìn)氣口。
[0027]步驟13:在真空室內(nèi)，惰性氣體氬氣在外加高壓的作用下發(fā)生電離，轟擊到所述欲滲金屬上，使欲滲金屬元素從表面被濺射出來；
[0028]步驟14:所述欲滲金屬元素通過空間運(yùn)輸達(dá)到所述待沉積石墨工件的表面并被吸附，在所述待沉積石墨工件的表面沉積一層金屬擴(kuò)散層。
[0029]下面以具體的實(shí)例對上述方法進(jìn)行詳細(xì)說明，如圖2所示為本發(fā)明所舉實(shí)例所用到的發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2中包括:欲滲金屬1、待沉積石墨工件2、空心陰極罩體3、絕緣墊片4、腔體5、陽極接地6、直流脈沖電源7、抽氣系統(tǒng)氣體通道8和供氣系統(tǒng)氣體通道9，利用該發(fā)生裝置實(shí)施本發(fā)明所述方法:
[0030]實(shí)施例1、待沉積石墨工件2的尺寸大小可調(diào)，本實(shí)例I中使用的石墨工件尺寸為30mmX25mmX8mm，將待沉積石墨工件和欲滲金屬按圖2所示擺放，空心陰極罩體、欲滲金屬構(gòu)成等電位輝光放電陰極，并將其置于直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體中，利用紅外測溫儀對欲滲金屬進(jìn)行測溫。
[0031 ] 該實(shí)例中，欲滲金屬為純鈦合金，空心陰極罩體的材質(zhì)為不銹鋼，該欲滲金屬與待沉積石墨工件間的距離為8mm。
[0032]在放電前采用機(jī)械栗將本底氣壓抽至2Pa以下，進(jìn)氣口一端與質(zhì)量流量控制器連接，通過質(zhì)量流量控制器分別控制氬氣流量和氣體氣壓，氣體流量為90?lOOsccm，放電氣壓為30?50Pa ；
[0033]采用直流脈沖電源施加高壓，脈沖電流占空比30%，電壓控制在750?850V，電流2.0?4.0A，放電時(shí)間為6?8h，通過紅外測溫儀對欲滲金屬進(jìn)行測溫，溫度控制在750?850 0C ；
[0034]經(jīng)過離子濺射沉積后，在待沉積石墨工件的表面形成厚度為5.2 μπι的均勻、致密的純鈦金屬擴(kuò)散層，如圖3所示為本實(shí)例I中待沉積石墨工件表面的純鈦金屬擴(kuò)散層的XRD物相檢測示意圖，在該待沉積石墨工件的表面形成了 TiC陶瓷相和金屬鈦沉積層。
[0035]實(shí)施例2、該實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處在于，欲滲金屬為鎢鉬合金。
[0036]空心陰極罩體材質(zhì)為不銹鋼，該欲滲金屬與待沉積石墨工件間的距離為8_。
[0037]在放電前采用機(jī)械栗將本底氣壓抽至2Pa以下，進(jìn)氣口一端與質(zhì)量流量控制器連接，通過質(zhì)量流量控制器分別控制氬氣流量和氣體氣壓，氣體流量為90?lOOsccm，放電氣壓為30?50Pa ；
[0038]采用直流脈沖電源，脈沖電流占空比30%?50%，電壓控制在750?850V，電流2.0?4.0A，放電時(shí)間為6?8h，通過紅外測溫儀對欲濺射元素源極進(jìn)行測溫，溫度控制在750 ?850 °C ；
[0039]經(jīng)過離子濺射沉積后，在待沉積石墨工件的表面形成厚度為5.0 μπι的均勻、致密的鎢鉬合金沉積層，如圖4所示為本實(shí)例2中待沉積石墨工件表面的鎢鉬合金擴(kuò)散層的XRD物相檢測示意圖，在該待沉積石墨工件的表面形成了鎢鉬合金沉積層。
[0040]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所提供的方法可以使金屬擴(kuò)散層與石墨工件結(jié)合牢固，不易磨損脫落，同時(shí)還具有輕金屬良好的機(jī)械性能和電學(xué)性能，可以用于取代輕金屬鈦、鋁、鎂等的使用，其在經(jīng)濟(jì)方面的效益也蔚為可觀。
[0041]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種在石墨工件表面沉積金屬擴(kuò)散層的方法，其特征在于，所述方法包括: 將待沉積石墨工件和欲滲金屬并排放置于空心陰極罩體內(nèi)，構(gòu)成等電位輝光放電陰極； 將所述空心陰極罩體放置于直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體中； 在真空室內(nèi)，惰性氣體氬氣在外加高壓的作用下發(fā)生電離，轟擊到所述欲滲金屬上，使欲滲金屬元素從表面被濺射出來； 所述欲滲金屬元素通過空間運(yùn)輸達(dá)到所述待沉積石墨工件的表面并被吸附，在所述待沉積石墨工件的表面沉積一層金屬擴(kuò)散層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述在石墨工件表面沉積金屬擴(kuò)散層的方法，其特征在于， 所述空心陰極罩體為不銹鋼材質(zhì)或石墨材質(zhì)，并放置于金屬不銹鋼或石墨材質(zhì)的底板上，且所述底板置于直流脈沖滲金屬設(shè)備的陰極架上； 所述直流脈沖滲金屬設(shè)備的陰極架與直流脈沖電源的負(fù)極連接，且所述直流脈沖電源的正極與所述直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體連接并接地。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述在石墨工件表面沉積金屬擴(kuò)散層的方法，其特征在于，所述方法還包括: 在所述空心陰極罩體的一側(cè)開有圓孔，所述直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體側(cè)壁對應(yīng)所述圓孔的部位設(shè)有透明窗，正對所述透明窗的部位設(shè)有紅外測溫儀； 利用所述紅外測溫儀對所述欲滲金屬進(jìn)行測溫。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述在石墨工件表面沉積金屬擴(kuò)散層的方法，其特征在于， 所述待沉積石墨工件與所述欲滲金屬之間的距離為5?10mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述在石墨工件表面沉積金屬擴(kuò)散層的方法，其特征在于， 所述欲滲金屬包括:金屬純鈦或鎢鉬合金。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述在石墨工件表面沉積金屬擴(kuò)散層的方法，其特征在于， 在所述直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體下壁還設(shè)有出氣口和進(jìn)氣口。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在石墨工件表面沉積金屬擴(kuò)散層的方法，首先將待沉積石墨工件和欲滲金屬并排放置于空心陰極罩體內(nèi)，構(gòu)成等電位輝光放電陰極；將所述空心陰極罩體放置于直流脈沖滲金屬設(shè)備的腔體中；在真空室內(nèi)，惰性氣體氬氣在外加高壓的作用下發(fā)生電離，轟擊到所述欲滲金屬上，使欲滲金屬元素從表面被濺射出來；所述欲滲金屬元素通過空間運(yùn)輸達(dá)到所述待沉積石墨工件的表面并被吸附，在所述待沉積石墨工件的表面沉積一層金屬擴(kuò)散層。該方法可以使金屬擴(kuò)散層與石墨工件結(jié)合牢固，不易磨損脫落，同時(shí)還具有輕金屬良好的機(jī)械性能和電學(xué)性能。
【IPC分類】C23C14/34, C23C14/18
【公開號】CN105039918
【申請?zhí)枴緾N201510518419
【發(fā)明人】陳飛, 張玉林
【申請人】北京石油化工學(xué)院
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月21日